способ выращивания растений в защищенном грунте

Формула изобретения

Способ гидропонного выращивания растений с применением сменных дифференцированных по фазам роста питательных растворов, отличающийся тем, что питательный раствор меняют в течение всей вегетации на растворы, состав которых соответствует расчетным потребностям растений в элементах питания на каждый период вегетации, при этом объем раствора в питательном баке корректируют путем экстраполяции его расхода за прошедший период, а задаваемую влажность поддерживают автоматически с помощью датчика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при гидропонном выращивании растений на субстратах.

Известны разнообразные способы гидропонного выращивания растений на питательных растворах (1, стр.111, 123). Чаще всего, состав этих растворов в процессе вегетации не меняют. А поскольку в процессе их многократного использования растения поглощают из растворов питательные элементы, их периодически восстанавливают до первоначального состава в соответствии с результатами химического анализа (1, стр.127).

Имеются разработки и постоянной автоматической корректировки составов с помощью концентрометров. Но в этих случаях поддерживается лишь постоянная концентрация растворов. Потребление же питательных элементов растениями в процессе их роста все время увеличивается, и не пропорционально по времени, а нелинейно.

Более того, меняется еще и соотношение между потреблением элементов (2, стр. 94). Особенно существенно это проявляется для сельскохозяйственных культур с длительным периодом вегетации.

Естественно, что "поэлементную" корректировку технически автоматизировать очень сложно, и в промышленных установках она в настоящее время не применяется.

Чтобы частично скомпенсировать несоответствие в потреблении и наличии элементов питания, иногда практикуется использование сменных растворов, дифференцированных по фазам развития растений (1, стр.125) - прототип. Но и "дифференцирование" не обеспечивает оптимальное питание на всем "фазовом" участке роста. И, в какое-то время, элементов будет избыток, а потом их будет не хватать для нормальной работы фотосинтезирующего аппарата растений. В конечном же счете, это ведет или к перерасходу удобрений, или к снижению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Такой недостаток свойственен не только отечественным, но и зарубежным гидропонным технологиям.

Очевидно, что к растениям желательно подавать в любой момент времени такие питательные растворы, которые содержат столько и таких элементов, сколько и какие ему необходимы для качественного развития. (С учетом запланированной урожайности и соответствующего этому "выносу" (1, стр.102)). И именно такая "подача" будет способствовать получению высокого качества продукции и значительной экономии удобрений при достижении максимально возможной урожайности.

Целью изобретения является создание простой и сравнительно дешевой технологии (способа) автоматической подачи к растениям питательного раствора при гидропонном их выращивании, которая позволяет поддерживать состав питательного раствора, соответствующий расчетным потребностям на всем этапе их вегетации. С этой целью расчетным путем (или по графикам (3, стр.94)) распределяют общий "вынос" элементов питания (1, стр.102) (в дальнейшем - путем еще и корректировки по опытным данным для данного вида выращиваемых культур) по периодам, на которые (условно) разделяют время полной вегетации растений (например - подекадно). Расчетные количества этих солей по периодам растворяют в небольших количествах воды, получая концентрированные растворы элементов на соответствующую декаду вегетации.

Далее, смешивают их, и доводят до необходимого рН путем добавления, кислоты или щелочи.

При этом, важно соблюдать последовательность смешения растворов, чтобы избежать получения нерастворимых осадков (1, стр.128). Затем полученную смесь выливают в питательный бак, и доливают водой до ее количества, необходимого для полива растений в течение данной декады. При этом, на первую декаду (в начале вегетации) это количество берется ориентировочно (а лучше по имеющимся опытным данным). Потом оно постоянно корректируется путем экстраполяции расхода на предыдущей декаде вегетации. И уже этим, полученным питательным раствором, автоматически увлажняют субстрат, на котором высажены растения, поддерживая необходимую его влажность с помощью датчика.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемый способ (в макетном варианте) был опробован в теплице Всероссийского института растениеводства им. Н.И.Вавилова (см. чертеж). На одном из стеллажей 1 был строго горизонтально выставлен мелкий поддон 2 (длина 2 м, ширина 1 м, глубина 2 см), на который на расстоянии 40 см друг от друга (в два ряда) были уложены полиэтиленовые мешки 3 (сосуды), заполненные песком средней фракции 4. В мешках 3 были проделаны равномерно распределенные по их дну отверстия, а сверху Н-образные прорези.

Перед приготовлением расчетного питательного раствора, с помощью поплавкового указателя уровня 9, определили количество влаги, которое потребили растения на начальном этапе их роста (после высадки в сосуды рассады). Для этого, растворный бак 6 сперва залили полностью водопроводной водой (30 л). В этой воде развели небольшое количество полного удобрения (~50 г аммофоски) для обеспечения начального роста рассады 5 после ее высадки в субстрат 4.

Для лучшей приживаемости рассады субстрат 4 в сосудах 3(3") увлажнили этим же раствором аммофоски до 100% ПВ.

Одновременно, - подготовили к работе элементы (10 и 11) датчика влажности субстрата 4, для сего некоторое количество песочного субстрата отдельно увлажнили тоже этим раствором до 60% ПВ (поскольку такая влажность считается лучшей на этапе развития корневой системы рассады). И уже этим, увлажненным субстратом заполнили камеры чувствительных элементов (10 и 11). После этого, - поместили элемент 10 в тестовый сосуд 3", и распикировали в субстрат 4 сеянцы 5. Соединили разъемы 15, затем включили блок управления 12.

Через некоторое время рассада 5 прижилась, начала потреблять раствор, и влажность субстрата 4 постепенно стала снижаться (от 100% ПВ до 60% ПВ). После того, как она снизилась до заданной ПВ %, электрический клапан 13 открылся и раствор 8 начал по трубе 17 поступать в поддон 2. Одновременно с включением клапана 13, включилась и электрическая мешалка 18. (Чтобы раствор 8 был более равномерного состава). Раствор очищается фильтром 14.

Поступающий в поддон 2 раствор 8 стал растекаться по нему равномерно, поскольку он выставлен строго горизонтально, а когда раствор поднялся в поддоне 2 до заданного датчиком 16 уровня (0,5 см), клапан 13 и мешалка 18 отключились, а реле времени в шкафу управления 12 блокировало их повторное включение (на 0,5-1 час), чтобы дать время раствору впитаться из поддона 2 в субстрат 4 через отверстия в дне сосудов 3(3"). Если же влажность субстрата, контролируемая чувствительным элементом 10, расположенным в "тестовом" сосуде 3", за это время не поднялась вновь до 60% ПВ, (а значит не поднялась и в остальных сосудах), клапан аналогично будет открываться повторно, пока влажность в них не восстановится до заданного значения.

Далее количество влаги, потребляемое высаженными растениями, определяем уже по поплавковому указателю уровня 9.

Экстраполируя расход за последний день перед сменой раствора, можно достаточно точно определить необходимый объем раствора и на последующий, небольшой период роста.

Так, в частности, перед заменой "пускового" раствора на "рабочий" было определено, что расход этого раствора в день (перед его сменой) составил 0,5 л. Тогда, например, на декаду (10 дней) необходимо - 5 л раствора. Теперь делаем подсчет необходимых макро- и микроэлементов на выбранный период роста растений (в данном случае - декаду).

Кратко: По графику (2, стр.94) - на первую декаду роста томатам на пл. поддона 2 кв.м. необходимо:

К, N, Ca-200 мг.

Mg, Р-20 мг.

Для этого надо (1, стр.99) -

К₂SO₄-440 мг.

Са(NO₃)₂-820 мг.

Последний дает при этом еще NO₃-120 мг.

Недостающий азот (N) дает NH₃NO₄-220 мг.

Далее, MgSO₄ (18%)-100 мг.

Н₃РО₄-160 мг.

Таким же образом (1, стр.101) и с учетом рекомендаций (2) определяем и количество солей с микроэлементами, которые необходимы и которых достаточно растениям на первую декаду роста. После этого, соли с макро- и микроудобрениями разводим (раздельно) в небольшом количестве воды (1-2 л), а рН этих концентрированных растворов доводим (для томатов) до 6,5 рН (с помощью КОН и лакмусового индикатора).

Потом концентрированные растворы выливаем в растворный бак 6 и доливаем водой до определенного выше объема (несколько экстраполируя его до 5,5 л). Подготавливаем к работе чувствительные элементы датчика влажности (10 и 11), делая это таким же образом, как указывалось выше, но на то ПВ%, которое является наилучшим на этот период роста растений. И, в дальнейшем, такая же замена субстрата в элементах (10 и 11) повторяется вновь, от декады к декаде.

Естественно, что при экстраполяции объема раствора на расчетную декаду могут быть наибольшие неточности. Например, при резкой смене погодных условий на более теплые и солнечные дни, потребление растениями влаги возрастет, и этого раствора может не хватить до конца декады.

Поэтому, на этот случай, в баке 6 установлен поплавковый клапан 7. И, если поплавок клапана 7 опускается до предельного уровня, клапан начинает приоткрываться и понемногу подливать водопроводную воду.

При этом, концентрация раствора несколько снизится, но полив растений будет сохранен. В случае же, когда питательный раствор за декаду растениями не будет востребован полностью, то какое-то небольшое его количество останется в баке 6. Но, в следующую декаду, новая расчетная норма будет суммироваться в баке 6 с остатком минеральных веществ в нем.

И растения на новом этапе получат несколько "усиленное питание" в счет недополученного на предыдущем (т.е. баланс будет сохранен). При этом такие небольшие колебания, (ввиду малого периода от декады к декаде), не сказываются сильно на колебании ПВ% и на развитии растений. (Тем более, что субстрат в этом случае играет роль "буфера", в котором эти колебания сглаживаются).

В то же время, такие колебания параметров являются характерными и неизбежными для режимов оптимизации, который имеет место.

И все-таки (как и в любом случае промышленного выращивания растений), процесс питания помимо "ведения" его по усредненным данным (для данного вида растений) желательно еще контролировать и корректировать также и с помощью лабораторного анализа (1, стр.129). В данном же случае (для чистоты эксперимента) контроль велся чисто визуально (с помощью растениеводов, специалистов по томатам). И такая корректировка в этом случае не проводилась.

Томаты развивались нормально, они обильно цвели, и дали много крупных плодов. Часть из них успела поспеть. Но, к сожалению, из-за поздней высадки рассады, опыт пришлось в октябре прервать. Однако вышесказанное позволяет утверждать, что такой способ выращивания осуществим. В то же время, этот способ на "порядок" должен быть дешевле импортных аналогов, позволит экономить воду и удобрения.

По мере освоения этой технологии, выяснилось, что все вспомогательные операции очень просты, не трудоемки, и со временем доводятся до "автоматизма".

Литература

1. Э.Алиев. "Технология возделывания овощных культур и грибов в защищенном грунте". Агропромиздат. 1987 г.

2. "Производство овощей под стеклом и пленкой". Агротехника. г.Москва. "Колос". 1979 г. (перевод с немецкого).